一种具有双电子注通道的矩形双栅慢波结构的制作方法

本发明涉及慢波结构领域，具体是一种具有双电子注通道的矩形双栅慢波结构。

背景技术：

太赫兹科学技术是当前最为前沿的研究领域之一，太赫兹(thz)波是指频率在0.1～10thz范围内的电磁波，由于thz波独特的物理性质而被广泛应用于卫星通信、遥感成像、生物医学和基础科学研究等领域。

太赫兹源是太赫兹科学研究领域中最重要的一个部分，它主要分为基于光学的太赫兹源、基于等离子体的太赫兹源和基于电子学的太赫兹源。目前，对于需求高效、紧凑、中高输出功率和长工作寿命的电磁辐射源而言，基于电子学的真空电子器件是唯一实际可行的器件，它具有相对较小的体积且能在常温下工作。行波管与返波管是最常用的真空电子器件，工作频率已从khz发展至thz，输出功率从mw发展至mw。

慢波结构作为真空电子器件的核心结构，它实现了电子注与电磁场的相互作用使得电子注的动能有效的转换成电磁波的高频能量。因为慢波结构几何尺寸与工作频率的共渡性，当工作频率上升时，慢波结构的几何尺寸将急剧缩小；使得结构的高频损耗增大，反射增强。因此，对于新型慢波结构的开发与研究显得尤为重要。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种具有双电子注通道的矩形双栅慢波结构，以解决现有技术慢波结构工作频率上升时高频损耗增大、反射增强的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种具有双电子注通道的矩形双栅慢波结构，包括矩形波导，其特征在于：矩形波导内设有上、下两排金属栅排，每排金属栅排由数量相同的多个金属栅沿水平纵向排列构成，上、下两排金属栅排中金属栅位置一一对应，由此形成多组上下对应的金属栅对，矩形波导内位于上下两排金属栅排之间空间中间位置还设有一排金属隔片排，金属隔片排由多个金属隔片沿水平纵向排列构成，由金属隔片排与上、下两排金属栅排之间空间分别构成两个相同高度的电子注入通道，上下对应的多组金属栅对位置与多个金属隔片位置呈交错，设慢波结构的周期为d1，即每排中相邻两个金属栅中间点之间的纵向间距为d1，则每个金属隔片与其相邻一侧金属栅对错开的距离为d1/2，即每个金属隔片中间点与其相邻一侧金属栅的中间点错开的纵向距离为d1/2。

所述的一种具有双电子注通道的矩形双栅慢波结构，其特征在于：金属栅均为大小相同的矩形结构。

所述的一种具有双电子注通道的矩形双栅慢波结构，其特征在于：金属隔片均为大小相同的矩形结构。

本发明的工作原理为：

两条带状电子注分别沿上下两个电子注入通道穿过慢波结构，当电子的运动速度与慢波结构中电磁波的相速同步时，电子开始群聚，电子注的动能开始转换到高频电磁场，使高频电磁场的能量增加，从而实现高频信号的功率放大。

本发明的有益效果是：

1、主体结构简单，具有两个电子注通道。

2、高频损耗低，反射小，具有较宽的“冷带宽”。

3、采用带状电子注入通道工作，完全适合于工作在太赫兹波段。

4、采用两个电子注入通道，在同样的阴极发射密度下具有较大工作电流，可以提高功率输出。

附图说明

图1是本发明提供的慢波结构真空腔体结构示意图。

图2是本发明提供的5个周期慢波结构实体的剖面图。

图3是本发明提供的5个周期慢波结构实体的右视图。

图4是本发明提供的慢波结构色散曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-图3所示，一种具有双电子注通道的矩形双栅慢波结构，包括矩形波导1，矩形波导1内设有上、下两排金属栅排，每排金属栅排由数量相同的多个金属栅2沿水平纵向排列构成，上、下两排金属栅排中金属栅2位置一一对应，由此形成多组上下对应的金属栅对，矩形波导1内位于上下两排金属栅排之间空间中间位置还设有一排金属隔片排，金属隔片排由多个金属隔片3沿水平纵向排列构成，由金属隔片排与上、下两排金属栅排之间空间分别构成两个相同高度的电子注入通道4，上下对应的多组金属栅对位置与多个金属隔片2位置呈交错，设慢波结构的周期为d1，即每排中相邻两个金属栅2中间点之间纵向间距为d1，则每个金属隔片3与其相邻一侧金属栅对错开的距离为d1/2，即每个金属隔片3中间点与其相邻一侧金属栅对中间点错开的纵向距离为d1/2。

金属栅2均为大小相同的矩形结构。

金属隔片3均为大小相同的矩形结构。

每排相邻光栅的间隔d2为慢波结构周期长度d1的0.7倍，金属隔片的厚度d3为每排相邻光栅间隔d2的0.3倍。

具体实施例：

金属栅的高度为h1，电子注入通道高度为t，相邻金属栅的间隔为d2，金属隔片的高度为h2，金属隔片的厚度为d3。

本发明是由矩形波导1内上下两排对称的金属栅2和位于两排金属栅2之间的一排金属隔片3构成。位于通道中心的金属隔片3分别与上下两排金属栅2错开半个周期即d1/2。

设定如下具体尺寸：慢波结构宽度w为0.468mm，金属栅深度h1为0.23mm，电子束通道高度t为0.1mm。慢波结构的周期d1为0.240mm，每排相邻光栅的间隔d2为0.7*d1。通道中心金属隔片的高度h2为0.1mm，厚度d3为0.3*d2。

利用cst软件对上述慢波结构进行计算，得到的慢波结构色散曲线如图4所示:+1次空间谐波的频率范围为320ghz-400ghz。通过计算,在336ghz-380ghz的频率范围内信号所对应的归一化相速基本稳定在0.24c，与该相速同步的电子注的工作电压约为15.2kv，可通过调整结构尺寸改变工作频率、带宽和工作电压。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种具有双电子注通道的矩形双栅慢波结构，包括矩形波导，矩形波导内设有上、下两排金属栅排，上、下两排金属栅排中金属栅位置一一对应，由此形成多组上下对应的金属栅对，矩形波导内位于上下两排金属栅排之间空间中间位置还设有一排金属隔片排，上下对应的多组金属栅对位置与多个金属隔片位置呈交错。本发明主体结构简单，具有两个电子注通道，高频损耗低，反射小，具有较宽的“冷带宽”，完全适合于工作在太赫兹波段，在同样的阴极发射密度下具有较大工作电流，可以提高功率输出。

技术研发人员：杨军;蔡柯;杨阳;尹治平;邓光晟;阮久福
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2018.07.30
技术公布日：2018.12.07